如何獲取到「腦電波」？它能傳遞出哪些信息？
相關問題：如何看待浙江小學生被戴上頭環，被實時監測上課是否走神？
- 什麼是「腦電波」？
- 如何獲取到「腦電波」？
- 「腦電波」能被解讀出哪些信息？
- 「腦電波」目前有哪些實際應用？
本問題將作為「知識庫」欄目的一部分，你的創作將有機會被收錄在相關話題的百科簡介中，為知友們解答各種十萬個是什麼。
謝邀，多年生物電老本行了。
1、生物電信號測量的基本知識
正常的生物細胞會產生有規律的電現象，其信號主要分為兩類：靜息電位與動作電位。顧名思義細胞安靜時處於靜息電位，受到刺激時會產生動作電位。電信號的產生是由於細胞膜內外的離子濃度不同所造成的（主要為鉀、鈉等離子）。腦電便是腦部神經細胞活動時所產生的生物電信號，其他生物電信號還包括了肌電、心電、眼電等。
與大家通常接觸到的物理實驗不同，生物電信號不能簡單地將電壓表或示波器的電極直接插到大腦、心臟或者骨骼肌當中去進行測量（會死人的）。除了極少數情況，如心臟起搏器，或者個別科研試驗，大部分情況下測量生物電信號時的電極是不會直接插入人體內的。
這時候，我們需要引入一個知識點：容積導體
容積導體指的是三維尺寸不能忽略的大塊導體。在我們的身體里存在著大量的水分與離子，因此我們的體液便可以作為容積導體，將我們身體內部的電信號傳遞到我們的體表。當我們在體表放置電極時，便能夠大致獲得生物電信號在電極連線上的強度信息。
一般生理學實驗當中會以蛙心作為對象來展示容積導體傳導生物電信號的原理：
蛙心在體時，利用標準II導聯（電極在左腿與右臂末端）所測得的電信號：
蛙心的正常位置電信號與倒置的電信號是剛好相反的，大小也大致一樣（左圖量程是2mV，中圖量程是4mV，所以二者信號強度是差不多的）。
然後將剪除的蛙心放入裝有林格液（簡單理解就是復方生理鹽水）中測量：
由於我們身體內部的電信號在神經元中的傳遞是三維的，因此一般而言，導聯越多，我們對於生物電信號的定位與測量也就越精確。對於心電而言，目前常用的是12導聯（6個肢體導聯+6個胸導聯）。
由於大腦內部神經元眾多，而且活動頻繁，所以腦電的導聯的數量基本就是爆炸起步了（18導聯、32導聯甚至64導聯都很常見）：
2、腦電的基本種類
由於腦電波形往往是由腦部各個部位的電信號在電極連線方向上的疊加，所以腦電波形很難像心電波形那樣在時域上直接區分出PQRST波並準確定位到具體興奮區域。
所以對於腦電的在頻域上的分析會更多一些。目前根據腦電不同波形的頻率，將腦電波大致分為了α、β、θ與δ波，他們的基本特點總結如下：
這些不同類型的腦電波波形如下：
跟據圖示當中的波形，我們可以快速得出一個結論：
那就是這些示意圖並沒有什麼卵用（當然是在時域下面）~
但是利用簡單的傅里葉變換，我們便能很快得出腦電信號在不同頻率分量下的強度，進而得出這些波形是否存在及其強度信息。（不懂傅里葉變換的童鞋請去補課，知乎上已經有很多相關內容了，這裡不展開討論）
所以關於問題中的如何看待浙江小學生被戴上頭環，被實時監測上課是否走神？，可以直接通過檢測β波、θ波與δ波的強度來判斷（α波也行，但是需要更精確的測量）。我們在清醒與集中注意力時，β波較為明顯。θ波與δ波主要在睡眠狀態下出現。但是θ波在兒童處於情緒低落時也可能出現。δ波主要在我們進入深度睡眠狀態下出現，不太具有用來監測走神的功能（我是不怎麼相信有人能夠在45分鐘的課上進入深度睡眠的）。
3、除了用來監測上課走神外，研究腦電還有什麼用途呢？
我們在之前提到過，我們在檢測生物電信號的時候，獲得的是電信號在兩個電極連線方向上的強度。換言之，不同導聯之間的信號包含了電信號的方向與空間信息。通過結合併分析各個導聯的信號強度及導聯電極的位置，我們可以畫出一個腦電地形圖，用來分析大腦的興奮區域：
雖然對於腦電的檢測由於顱骨的存在導致其信噪比相較於其他生物電信號顯著偏低（乾燥的骨質本身是不導電的，即使在人體中，骨骼的導電能力也比其他組織低很多），其空間解析度也遠低於PET與fMRI等成像方式，但是腦電地形圖勝在時間解析度高。再加上我們目前對於腦電的認知還處於起步階段，腦電方向的科研工作還是有相當大的潛力可以繼續去發掘的。關於PET與fMRI，感興趣的就慢慢等我更新專欄中的現代醫學成像系列吧（目前正在寫CT~別催，再催就拖更）。
當然，距離上一次我看EEG的paper已經差不多是四年前了，之前做的更多的也是腦電信號的檢測而非分析工作。所以可能有些地方講的會有點過時，也歡迎大佬指正。有具體問題不懂也可以直接私信我（別用值乎，個人不喜歡。打賞隨緣，點贊就好~）
- 什麼是「腦電波」？
「腦電波」直譯是brain wave，本質上講是大腦內神經突觸之間交流產生的電信號。
- 如何獲取到「腦電波」？
中文語境下，很多人會把腦電波與Electroencephalography (EEG，簡稱腦電)混用。EEG專指由無創的記錄腦電儀（electroencephalogram）記錄的頭皮腦電信號。
其實腦電獲取有很多種方法，不僅局限於EEG。接下來，我嘗試結合Biasiucci et al.（2019）[1]形象的圖進行解釋。
單細胞記錄（Single-unit recordings）是用來記錄單個神經元的動作電位（action potentials，是神經活動的基本單元），其記錄的信號就像面對面的個人採訪。優點是直接侵入單細胞，信噪比高；缺點是一次性可記錄細胞數少，侵入性記錄有創傷，一般用於動物實驗，如貓，鼠，猴。
局部電場記錄（Local field potential recording）是通過微電極組集（eletrode microarrays）侵入腦內記錄一群神經元的活動，其記錄的信號就像是一個繁忙的記者招待會。優點是能直接記錄多個神經細胞，信噪比高；缺點是同樣是局部記錄，無法覆蓋全腦。有創傷，用於動物或者需要開顱手術的病人（如癲癇病人）。
無創的腦電儀記錄（Non-invasive eletroenphalogram）記錄頭皮腦電信號，不需要侵入大腦，是目前認知神經領域使用最多的腦電記錄方法，其記錄的信號相當於在體育館外面聽到球場內觀眾的歡呼聲一樣。雖然EEG是也對腦電直接記錄，但是其引入的噪音比前兩種侵入性記錄方法多很多。因為腦內神經突觸之間信號交流本身很微弱——一個動作電位產生的電壓變化大概是100mv(-70~+30mv), 其信號通過腦脊液，頭骨等介質，傳導到頭皮已經多層消耗，因此信噪比相對差。但是無創的腦電的記錄的應用對於認知神經心理學研究來說，已經是巨大的進步了，因為在此之前由於倫理關係，研究者不能用侵入性方法觀察正常人的腦電活動（應該沒有什麼人願意為科學奉獻到為此剖開腦袋給人記錄吧？好驚悚）。
為了能儘可能乾淨的拿到高信噪比的腦電信號，研究者會採用各種方法，從數據採集到數據分析等等各種細節，太多了，在此不細說了。EEG分析方法也最為豐富，心理學系學生比較熟悉的有事件相關電位（Event-related potential，ERP）。很多人也就只知道ERP了，其實腦電分析還有很多方法和技術，如時頻分析，單試次分析，最近還興起腦電靜息態，腦電網路，也有應用機器學習方法等等，可做的事情太多了。對數據處理感興趣的同學可以看EEGLAB了解詳情。腦電的優勢是時間解析度高（毫秒級別），缺點就是空間解析度低，也就是對於信號的來源難以辨別（定位差）。技術細節和原理比較複雜，有機會再詳細介紹。
前段時間浙江小學被帶緊箍咒的新聞的那個BrainCo公司的頭環蹭的就是這種EEG記錄方法，說是蹭是因為該公司的產品不靠譜，詳情可見「如何看待浙江小學生被戴上頭環，被實時監測上課是否走神？
如何看待浙江小學生被戴上頭環，被實時監測上課是否走神？?www.zhihu.com
- 「腦電波」能被解讀出哪些信息？「腦電波」目前有哪些實際應用？
前面也說到腦電其實是神經細胞突觸之間交流所產生的電信號。我們希望通過記錄到的腦電信號來解讀大腦的工作機制。
不同水平的腦電記錄實現的方式不一樣，能解讀出來的信息也不一樣，因此應用場景也豐富多樣。
侵入性記錄方式如單細胞、多細胞記錄是最直接記錄腦電信號的，信號質量高，有潛力幫助建立認知和神經細胞的一一對應關係。在科研上，由於倫理限制，目前主要應用於動物實驗（貓、猴子、老鼠等），來探索記憶，空間認知，視覺、抑鬱症等認知神經科學的經典主題，極大地推動了科學的發展。在腦機介面領域，馬斯克的Neurolink就是這一類的技術。
非侵入記錄的腦電因為無創而且方便，可以應用人類被試做實驗，拿到人類的腦電活動第一手資料。常用於認知神經心理學的研究，經典的主題基本一個不少，如基礎知覺（視聽嗅味觸），認知功能（記憶、學習、執行等等），社會情緒功能，異常心理如抑鬱等等，是最經典的神經科學測量方法，極大推動了科學發展。醫學領域常用於眼科視覺檢查，癲癇病灶檢測，睡眠等。在腦機介面領域，也有一批人應用無創腦電技術作為介面的，如清華大學有團隊做了腦電輸入法（應用了穩態視覺誘發電位SSVEP原理），有潛力讓癱瘓病人用腦電錶達想法。
先寫到這裡，有空再補充。
參考
- ^Electroencephalography https://www.cell.com/current-biology/fulltext/S0960-9822(18)31551-3
腦波技術，已經不是什麼黑科技項目了。
腦波技術的核心在於」生物電感測器「
所謂的生物電感測器，就是把把人體的生理信息轉換成為與之有確定函數關係的電信息的變換裝置。
簡而言之：就是通過感應晶元，將人體生理信息，通過演算法和設備，轉換成可識別的程序數據源。
這種技術已經非常普及了。
比如智能手錶、手機中的：步數計算、血壓計算、心率檢測。
都屬生物電感測器技術的應用。
攜帶型人體生物電感測器 - 圖文 - 百度文庫?wenku.baidu.com目前階段：
腦波技術，也是基於生物點感測器的基礎場景應用。
以腦電感測器為數據來源。
通過腦的神經元活動通過離子傳導到達大腦皮層，固定在頭上導電電極感應到這種微弱的電壓變化，通過差分放大，濾波，數模轉換等一系列手段最終將電信號變成腦電波的原始數據。
這些數據呈現為散點波狀。
通過讀取和轉換為機械信號。
最終可以形成被演算法識別的腦波信號。
腦電獲取，已經是一個低成本就可以實現的技術。
這是一個基本的腦電讀取的開發組件。
腦波讀取最大的難度在於，讀取精度。
而這些解決這些精度的問題，除了在設備上加強通道和精度提高外。
就需要使用腦電演算法，進行解決。
腦電演算法，一般來說，有以下幾種特診演算法模型：
共空間模式CSP：
原理：共空間模式（CSP）是一種對兩分類任務下的空域濾波特徵提取演算法，能夠從多通道的腦機介面數據裡面提取出每一類的空間分布成分。公共空間模式演算法的基本原理是利用矩陣的對角化，找到一組最優空間濾波器進行投影，使得兩類信號的方差值差異最大化，從而得到具有較高區分度的特徵向量。
小波變換DWT：
離散化小波變換
j=0,1,2,…;k∈Z稱cj,k為離散小波變換係數，簡稱為小波係數。
在實際的工作中，最常見的情況是取a0=2，b0=1，此時a取值為 20,21,…,2j。此時，連續小波變換中的基函數ψab(t)記為ψjk(t),
相應地，離散小波變換可表示為
功率譜密度PSD：
功率譜密度是指用密度的概念表示信號功率在各頻率點的分布情況，是對隨機變數均方 值的量度，是單位頻率平均功率的量綱[12]。該方法的計算步驟是
步驟一： x （n） 為無限長隨機序列，截取長度 N 變為有限長序列稱為 XN(n)步驟二：計算 XN(n) 在(2m-1) 點的自相關函數 RX(m)。
以上演算法引用：https://blog.csdn.net/MissXy_/article/details/81264953
關於腦波的應用。
除了大家提到的X小學用的精神集中器外
有一家公司的項目，值得大家關註：
神念科技 NeuroSky為可穿戴設備提供心電和腦電解決方案?www.neurosky.com.cn
以上！
看了諸位把後面的問題詳細回答了一下，應該很專業，但是如何獲取腦電波似乎無人回答。
好吧，做為曾經參與設計和銷售腦電圖設備的工程人員，簡單講一下這個腦電圖儀的工作原理。
腦電的採集部分是貼在頭皮上的銀電極，一般為了接觸良好，需要塗上專用的導電膠。腦電信號通過銀電極採集出來後就需要做信號的放大和濾波，因為腦電信號非常弱，大概在幾百微伏的水平，而空間干擾，特別是工頻干擾信號遠在這個信號幅度之上，所以信號放大和濾波設計就非常關鍵，這部分主要採用模擬電路。當信號放大到足夠信號強度後，就進入數字採樣電路，將模擬信號轉換成數字信號進入電腦進行處理，這後期還可以用演算法對數字信號進一步處理。這部分其它答主有精彩回答，就不重複了。
我們是用腦電設備做語言研究，因此做的比較簡單。可能我的解釋也更適合圈外人去理解。
什麼是「腦電波」？
我們大腦的神經細胞在活動的時候，會釋放電位。通過接觸頭皮的電極來採集電位。一般的設備使用的都是氯化銀，導電能力比較強。為了幫助電極和頭皮接觸、減少電阻，我們還需要在頭皮打一點膏狀物，叫做導電膏。導電膏主要成分是澱粉，黏黏的有點噁心。
在電極和頭皮直接，由於角質、頭皮的存在，經常會導致電阻很高，信號很差。於是，為了減少電阻，我們在實驗之前會要求被試洗頭。然後他們在實驗結束之後還要洗頭，因為頭上黏黏的。。。。
如何獲取到「腦電波」？
腦電信號獲取之後，我們還需要通過放大器來放大信號，這樣才能進行分析。這時候腦電實驗的一個特殊性就體現出來了。由於大腦電信號是一個極其敏感的信號，因此很容易受到各種干擾。比如，眨個眼睛，就可能導致很多電信號受到干擾。因此我們皮膚、肌肉都會放電。。。。
此外，我們在採集腦電的時候，是採集許多位置的。
看上面這張圖裡的（b），這裡的一個個點就是不同的電位。因為我們大腦不同部位都有不同的功能，所以對各個位置的電位都要記錄。這聽起來有點像中醫里的穴位、、、當然不太一樣
一般來說，我們做實驗的時候，大概要麼32個電位，或者64個電位，其中有一些用來參考。所以那個腦電箍、、才三個電位，還有兩個是參考電位，不知道科學性如何？？？？？？？？
通過具體的實驗，我們就能得到（c）里的幾條線。這裡的線，橫坐標一般是時間，單位是毫秒。縱坐標是電極正負，向上是負，向下是正（不知道為什麼要這麼分布）
因此很多時候，腦電波的分析，最基礎的就是分析某一時間段的電位走向。比如N400，指的就是大約400ms時的負電波，或者叫負成分。P600指的是600毫秒左右的正電波。當然在實際的研究中，我們N400是採集350ms-450ms左右的電位。。。當然這個不一定。
除了這些成分分析，還有頻率的分析，比如a波（阿爾法波，直接用英文了，。。），b波，這些波的代表意義都不一樣。
「腦電波」能被解讀出哪些信息？
腦電波能解讀出很多信息，比如，根據N400最初能反映我們的「預期」。比如，
看到填空題
一隻（）；我們可以填 A: 一隻（手套），或者填 B:一隻（電腦）。
很明顯A的情況是更容易預期，而B的情況是很難預期的，因為違反了我們的習慣搭配。
所以類似A情況和B情況之間的電位對比，就可能發現B能引起更大的N400.。。。
此外，我們也可以通過a波、b波這些來推斷大腦里正發生了什麼，比如注意力高度集中、正在睡覺。。類似的，
「腦電波」目前有哪些實際應用？
測謊、實驗等等、、、
我們也可以用腦電波控制電腦，這一般被認為是人腦和電腦連接的方式。
通過訓練的人好像可以利用腦電來打字啥的
有儀器檢測啊
:一:∫∵卜:＇冫卜′r∵
現在有專用設備了，腦電儀
BP公司的很有名
最早是醫用，現在逐漸被心理學、管理學、經濟學採納，作為觀察人類內部心理的外部窗口
人類真的好像是一個神奇的機械組建，不久的將來科技發展到一定水平應該就不用從卵體培育克隆人，直接複製人了…
只要有腦電波接收器，哪裡都可以獲取。人類腦電波已被科學家破譯。腦機介面就是一個能讀腦、翻譯大腦信息的高科技
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